Das chemische Recycling kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe (CFK) durch gezielte Zersetzung des Epoxidharzes (EP) kann mit einer Vielzahl an Medien unter unterschiedlichen Prozessbedingungen erfolgen [1-4]. In den letzten Jahren gewann der Einsatz von Wasser im nah- und überkritischen Zustand zunehmend an Bedeutung. Studien untersuchten das Recycling von CFK mit amin- [5-10] und anhydrid-vernetztem EP [11-13]. Die Zersetzung reiner EP-Proben auf Amin- [14-16] und Anhydrid-Basis [12, 16-18] wurde ebenfalls erforscht. Diese Unterscheidung ist notwendig, da die Wechselwirkungen von Wasser mit EP je nach verwendetem Härter sehr unterschiedlich sind [19]. Aufgrund der Estergruppen in der Polymerstruktur ist anhydrid-vernetztes EP besonders empfindlich gegenüber Wasser [20-22]. Deshalb können bereits vergleichsweise geringe Temperaturen ausreichen, um das Harz aufzulösen.

Im ersten Teil dieser Arbeit wird die hydrolytische Zersetzung eines anhydrid-vernetzten EP unter Variation von Temperatur,  Zeit und Wasservolumen im Rahmen einer statistischen Versuchsplanung (DoE) untersucht. Die Auswertung des DoE erfolgt anhand der gravimetrischen Zersetzung der würfelförmigen EP-Proben. Hierbei zeigt sich, dass Temperatur und Zeit einen ähnlichen Effekt auf die Zersetzung besitzen. Das Wasservolumen spielt im Rahmen der Untersuchungen hingegen keine Rolle. Die Zersetzung entspricht offensichtlich dem für anhydrid-vernetztes EP in alkalischer Umgebung berichteten „Surface Reaction Type“ [22, 23] bzw. der bei biologisch abbaubaren Polymeren bekannten „Surface Erosion“ [24, 25]. Die würfelförmigen Proben werden mit zunehmender Temperatur und Zeit immer kleiner.

Im zweiten Teil dieser Arbeit werden ausgewählte untersuchte Parameterkombinationen auf CFK mit demselben anhydrid-vernetzten EP übertragen. Der gravimetrische Zersetzungsgrad der CFK-Proben ist deutlich geringer als derjenige der EP-Proben nach der gleichen hydrolytischen Behandlung. In den meisten Fällen werden die CFK-Proben jedoch sehr flexibel, was auf eine deutliche Zersetzung der Matrix hindeutet. Eine Nachbehandlung mit Aceton in einem Ultraschallbad erhöht den Zersetzungsgrad erheblich. Die Matrix wurde also bereits zersetzt, die Fasern behindern aber offenbar die Freisetzung der gelösten Matrixbestandteile aus den Proben. Eine Wiederholung der Nachbehandlung ermöglicht schließlich die Rückgewinnung rückstandsfreier Fasern. Einzelfaserzugversuche belegen, dass die Fasereigenschaften durch den Recyclingprozess sowie die Nachbehandlung wenig bis gar nicht beeinflusst werden. Das mechanische Eigenschaftsprofil ist daher kein Hindernis für die Wiederverwendung der auf diese Art und Weise recycelten Fasern in neuem CFK.

Referenzen
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